CN109454220A - 一种奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高合金钢件生产领域，公开了一种奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，尤其涉及一种大型奥氏体不锈钢铸钢件在预清理过程中防开裂、防变形方法。本发明生产方法包括预清理过程，所述预清理过程包括：打箱、切割、碳弧气刨、铲磨；采用本发明生产方法，避开产生脆性相的温度范围，进而避免不良组织析出，有效的避免奥氏体不锈钢材料铸钢件在打箱、浇冒口系统切割、气刨过程中产生裂纹的现象，为后序铸钢件碳弧气刨以及缺陷焊接提供较好的铸钢件原始组织；操作过程可控、简单，经过批量生产运用，有效的解决了铸钢件开裂的问题，提高了生产效率，保证了奥氏体不锈钢材料铸钢件的质量。

Description

一种奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法

技术领域

本发明属于高合金钢件生产领域，公开了一种奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，尤其涉及一种大型奥氏体不锈钢铸钢件在预清理过程中防开裂、防变形方法。

背景技术

奥氏体不锈钢具有较强的防锈、耐腐蚀和低温使用性能，又有极佳的可塑性和韧性，方便冲压成型。奥氏体不锈钢的金属制品耐高温，加工性能好，因此广泛使用于工业、家具装饰行业和食品医疗等行业，具有较大的应用前景。随着奥氏体不锈钢的广泛运用和重大装备制造业的发展需要，奥氏体不锈钢材料的铸钢件种类逐步增多，结构也更加复杂，重量也越来越大，相应制造难度显著增加。

由于奥氏体不锈钢合金元素含量高，比其他材料具有更大的热膨胀倾向，材料在受到中高温时，析出组织复杂，且析出的一些不良组织会严重影响材料的力学性能和耐腐蚀性能，会使材料变脆易发生开裂，因此在奥氏体不锈钢材料铸钢件预清理过程中容易变形和开裂，预清理过程包括浇冒系统切割、尺寸超差多肉及缺陷气刨、铲磨；奥氏体不锈钢材料铸钢件变形后无法通过校正的办法来恢复尺寸和形状，若开裂则焊合难度大，且焊接的过程中，操作不当产生较大的热输入导致铸钢件变形。从而恶性循环，严重的会导致铸钢件报废，产品质量不能保证、生产效率不高的问题。根据查阅相关文献资料，亦没有发现比较系统的公开奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，尤其是大型奥氏体不锈钢铸钢件在预清理的过程中防开裂防变形的生产方法。

发明内容

本发明公开了一种奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，主要解决奥氏体不锈钢铸钢件在与清理过程中变形及开裂的问题，提高铸钢件的质量和生产效率。

一种奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，包括预清理过程，所述预清理过程包括以下过程：

打箱：铸钢件浇注完成后，铸钢件砂型冷却至550℃~800℃时进行高温打箱；在打箱结束铸钢件温度大于或等于500℃时，对铸钢件进行冷却；

切割：铸钢件温度冷却至小于或等于50℃时，对铸钢件浇冒系统进行低温切割；

碳弧气刨：对铸钢件进行碳弧气刨时选用碳棒的直径为φ13mm~φ19mm，电流为800A~1500A，速度为0.6m/min~1.2m/min；

铲磨：铸钢件气刨表面温度小于或等于50℃时进行铲磨。

所述奥氏体不锈钢材料的铸钢件的化学成分为C≤0.08%、Cr：18%～28%、Ni：8%～13%、Mo：2.0%～4.0%、Si≤1.5%、Mn≤1.5%、N：0.04%～0.20%、P≤0.030%、S≤0.02%，其余为Fe元素。

作为本发明的改进，所述打箱过程中，在打箱结束铸钢件温度大于或等于500℃时，对铸钢件进行冷却的方法包括采用喷水雾进行喷洒或采用直接将铸钢件浸入水中快速冷却。

作为本发明的改进，所述切割过程中，采用红外线测温枪对切割部位20mm~50mm的周缘进行测温，若温度大于或等于200℃，则停止切割操作，并对切割豁口区域进行快速冷却。

作为本发明的改进，所述切割过程中，对切割豁口区域进行快速冷却的方法包括采用大于或等于0.6MPa压缩空气进行扫吹或者采用压力为0.1~0.35MPa喷水雾进行喷洒。

作为本发明的改进，所述碳弧气刨过程中，所述碳棒与气刨面之间的夹角为25°~45°。

作为本发明的改进，所述碳弧气刨过程中，每次气刨深度为3mm~10mm。

作为本发明的改进，所述碳弧气刨过程中，对气刨区域采用压力大于或等于0.6MPa的压缩空气进行冷却，并控制气刨区域温度小于或等于350℃。

作为本发明的改进，所述铲磨过程中，铲磨去除气刨层为0.3mm~1.0mm。

作为本发明的改进，所述铲磨过程中，若铲磨区表层温度大于350℃，则停止铲磨；即铲磨过程中需保证铲磨区表层温度小于或等于350℃。

本发明方法应用于奥氏体不锈钢铸钢件的生产的机理如下：

若所述奥氏体不锈钢材料铸钢件在砂箱内缓慢冷却，在冷却过程中，处于800~900℃以及400~500℃温度范围内时，铸钢件组织中先后析出不同的脆性相，削弱晶间的结合力易形成裂纹源，使得奥氏体不锈钢材料铸钢件在打箱、浇冒口系统切割、气刨过程中极易产生裂纹；如果采用本发明方法，铸钢件浇注完成后，铸钢件砂型冷却至550℃~800℃时进行高温打箱；在打箱结束铸钢件温度大于或等于500℃时，对铸钢件进行喷水雾喷洒或直将铸钢件接浸入水中快速冷却，避开产生上述脆性相的温度范围，进而避免不良组织析出，有效的避免奥氏体不锈钢材料铸钢件在打箱、浇冒口系统切割、气刨过程中产生裂纹的现象，为后序铸钢件碳弧气刨以及缺陷焊接提供较好的铸钢件原始组织，且打箱过程尽量迅速，以减少打箱过程中铸钢件各部位的温差，同时打箱完后快速冷却，保证铸钢件打箱工艺的顺利完成。

铸钢件在造型时，为了后续的金属液体的浇注方便，通常设置浇口，而为了防止缩孔、缩松、排气和集渣，通常设置冒口，因此，浇口和冒口是铸钢件必不可少的部件，其简称为浇冒口，由于浇冒口并非铸钢件的形态，所以后序都需要切除。而在切除浇冒系统时，为避免铸钢件本体受热析出不良组织，除了在切割中采用特殊的温度控制技术外，采用保留一定高度的切割残留，以保证切割热量导入铸钢件本体尽可能的少，另保留安全的切割残留，也是避免切割过程中因为火焰的不稳定或操作失误，导致铸钢件本体被割伤。为此，在铸钢件后序生产中，就需要进一步对铸钢件上的切割残留进行清除。最常用的方法是铲磨和加工，但效率低，占有太多资源，且部分区域，加工难度很大。尤其铸钢件尺寸较大的情况下，冒口尺寸较大，一般冒口直径大于或等于500mm方法实施起来难度大，生产成本高，效率低，满足不了批量现场生产需要，包括后序尺寸多肉处理以及铸钢件的缺陷挖除。批量生产高效简便的方法是碳弧气刨，但对于奥氏体不锈钢材料铸钢件，在清除这些切割残留，多肉、缺陷采用通用的气刨的方法时，会产生表面增碳、夹碳、组织受热析出脆性相致裂，导致铸钢件变形，影响铸钢件耐蚀性、局部力学性能和尺寸精度，严重的会导致铸钢件报废，铸钢件质量不能保证，采用本发明切割方法、碳弧气刨方法、铲磨方法，有效的防止气刨过程中铸钢件变形，保证铸钢件的力学性能及尺寸精度；且碳弧气刨操作前采用百分表布置在铸钢件关键部位，以监控气刨过程中铸钢件的变形情况。百分表指示超过控制范围以外时，立即停止气刨，待尺寸恢复到正常范围时再继续进行气刨。

采用本发明奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，突破了奥氏体不锈钢铸钢件的生产，操作过程可控、简单，经过批量生产运用，有效的解决了铸钢件开裂的问题，提高了生产效率，保证了奥氏体不锈钢材料铸钢件的质量。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面对本发明的技术方案做进一步的说明。

所述奥氏体不锈钢材料的铸钢件的化学成分为C≤0.08%、Cr：18%～28%、Ni：8%～13%、Mo：2.0%～4.0%、Si≤1.5%、Mn≤1.5%、N：0.04%～0.20%、P≤0.030%、S≤0.02%，其余为Fe元素。

一种奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，包括预清理过程，所述预清理过程包括以下过程：

打箱：铸钢件浇注完成后，铸钢件砂型冷却至550℃~800℃时进行高温打箱；在打箱结束铸钢件温度大于或等于500℃时，对铸钢件进行冷却。

具体地，打箱过程中，在打箱结束铸钢件温度大于或等于500℃时，对铸钢件进行冷却的方法包括采用喷水雾进行喷洒或采用直接将铸钢件浸入水中快速冷却。

切割：铸钢件温度冷却至小于或等于50℃时，对铸钢件浇冒系统进行低温切割。

具体地，切割过程中，采用红外线测温枪对切割部位20mm~50mm的周缘进行测温，若温度大于或等于200℃，则停止切割操作，并对切割豁口区域进行快速冷却；对切割豁口区域进行快速冷却的方法包括采用大于或等于0.6MPa压缩空气进行扫吹或者采用压力为0.1~0.35MPa喷水雾进行喷洒。当切割区域温度≤50℃时方可再次进行切割，当切割区域温度≤50℃时方可再次进行切割。

碳弧气刨：对铸钢件进行碳弧气刨时，选用碳棒的直径为φ13mm~φ19mm，电流为800A~1500A，速度为0.6m/min~1.2m/min。

具体地，碳弧气刨过程中，所述碳棒与气刨面之间的夹角为25°~45°，每次气刨深度为3mm~10mm；对气刨区域采用压力大于或等于0.6MPa的压缩空气进行冷却，并控制气刨区域温度小于或等于350℃。

铲磨：铸钢件气刨表面温度小于或等于50℃时进行铲磨。

具体地，铲磨过程中，铲磨去除气刨层为0.3mm~1.0mm；若铲磨区表层温度大于350℃，则停止铲磨；即铲磨过程中需保证铲磨区表层温度小于或等于350℃。

实施例1：

奥氏体不锈钢材料铸钢件的毛重8t，轮廓尺寸2300*2006*1000 mm，壁厚50mm ~200mm，铸钢件浇注后，砂型冷却至700℃~750℃时高温打箱清理砂子，大部分砂子清理完毕后铸钢件温度为600℃~650℃，将铸钢件直接吊运至大型水槽中浸入水中冷却，在水中前后左右来回摆动铸钢件。待铸钢件本体温度小于或等于50℃时吊出水槽，然后进行浇冒系统的切割，切割时压缩空气为0.8MPa，在切割过程中，采用红外线测温枪对切割部位20mm~50mm的周缘进行测温，当温度超过200℃~250℃时立即停止切割操作，用0.8MPa的压缩空气快速冷却切割豁口区域，切割区域温度降到40℃时再次进行切割。如此循环，直到冒口切割完毕。对切割区域及周边进行目视检查，没有发现铸钢件产生裂纹。

后序铸钢件采用碳弧气刨，气刨选用φ13mm的碳棒进行，气刨电流850A,气刨速度0.8m/min，气刨碳棒与气刨面夹角25°~45°，每次气刨深度6mm。气刨过程中，对气刨区域采用压力为0.8MPa压缩空气进行扫吹或喷水雾进行喷洒冷却，保持气刨区域周边温度最高≤250℃。碳弧气刨完成后，气刨表面温度降到30℃~40℃，用角磨片打磨去除气刨层0.5mm。铲磨过程中铲磨区域温度会升高，用红外枪测试，铲磨表层温度超过350℃，则停止铲磨，温度下降后再进行操作。按以上控制措施实施后，铸钢件没有发生开裂现象。

实施例2：

奥氏体不锈钢材料铸钢件的毛重10t，轮廓尺寸2600*2306*1500 mm，壁厚100mm ~200mm，铸钢件浇注后，砂型冷却至650℃~700℃时高温打箱清理砂子，大部分砂子清理完毕后铸钢件温度约为600℃~650℃，将铸钢件直接吊运至大水槽浸入水中冷却，在水中前后左右来回摆动铸钢件。待铸钢件本体温度小于或等于50℃时吊出水槽，随后进行浇冒系统的切割，切割压缩空气1.0MPa，在切割过程中，采用红外线测温枪对切割部位20mm~50mm的周缘进行测温，温度控制在100℃~200℃，温度超过250℃时，采用0.8MPa的压缩空气或者加0.1MPa水快速冷却切割豁口区域，切割区域温度降到40℃时再次进行切割。如此循环，直到冒口切割完毕。对切割区域及周边进行目视检查，没有发现铸钢件产生裂纹。

后序铸钢件采用碳弧气刨，气刨选用φ19mm的碳棒进行，气刨电流1200A,气刨速度1.0m/min，气刨碳棒与气刨面夹角25°~45°，每次气刨深度8mm。气刨过程中，对气刨区域采用压力为0.8MPa压缩空气进行扫吹或喷水雾进行喷洒冷却，保持气刨区域周边温度最高≤250℃。碳弧气刨完成后，气刨表面温度降到40℃~50℃用角磨片打磨去除气刨层1.0mm。铲磨过程中铲磨区域用红外枪测试，铲磨表层温度超过350℃，则停止铲磨，温度下降后再进行操作。按以上控制措施实施后，铸钢件没有发生开裂现象。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，其特征在于， 包括预清理过程，所述预清理过程包括以下过程：

打箱：铸钢件浇注完成后，铸钢件砂型冷却至550℃~800℃时进行高温打箱；在打箱结束铸钢件温度大于或等于500℃时，对铸钢件进行冷却；

切割：铸钢件温度冷却至小于或等于50℃时，对铸钢件浇冒系统进行低温切割；

碳弧气刨：对铸钢件进行碳弧气刨时选用碳棒的直径为φ13mm~φ19mm，电流为800A~1500A，速度为0.6m/min~1.2m/min；

铲磨：铸钢件气刨表面温度小于或等于50℃时进行铲磨。

2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，其特征在于，所述奥氏体不锈钢材料的铸钢件的化学成分为C≤0.08%、Cr：18%～28%、Ni：8%～13%、Mo：2.0%～4.0%、Si≤1.5%、Mn≤1.5%、N：0.04%～0.20%、P≤0.030%、S≤0.02%，其余为Fe元素。

3.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，其特征在于，所述打箱过程中，在打箱结束铸钢件温度大于或等于500℃时，对铸钢件进行冷却的方法包括采用喷水雾进行喷洒或采用直接将铸钢件浸入水中快速冷却。

4.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，其特征在于，所述切割过程中，采用红外线测温枪对切割部位20mm~50mm的周缘进行测温，若温度大于或等于200℃，则停止切割操作，并对切割豁口区域进行快速冷却。

5.根据权利要求3所述的奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，其特征在于，所述切割过程中，对切割豁口区域进行快速冷却的方法包括采用大于或等于0.6MPa压缩空气进行扫吹或者采用压力为0.1~0.35MPa喷水雾进行喷洒。

6.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，其特征在于，所述碳弧气刨过程中，所述碳棒与气刨面之间的夹角为25°~45°。

7.根据权利要求5所述的奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，其特征在于，所述碳弧气刨过程中，每次气刨深度为3mm~10mm。

8.根据权利要求6所述的奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，其特征在于，所述碳弧气刨过程中，对气刨区域采用压力大于或等于0.6MPa的压缩空气进行冷却，并控制气刨区域温度小于或等于350℃。

9.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，其特征在于，所述铲磨过程中，铲磨去除气刨层为0.3mm~1.0mm。

10.根据权利要求9所述的奥氏体不锈钢材料铸钢件的生产方法，其特征在于，所述铲磨过程中，若铲磨区表层温度大于350℃，则停止铲磨。